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解析：燃料電池的優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

時(shí)間:2021-04-02 09:51來源:大話百科天地作者:綜合報(bào)道

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燃料電池是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀(jì)的分布式電源。燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負(fù)極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負(fù)氧離子通過2極間離子導(dǎo)電的電解質(zhì)到達(dá)陽極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。

通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護(hù)與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無須配備重整器。

磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池。現(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250 kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的熔融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700 ℃）下，重整反應(yīng)可以在內(nèi)部進(jìn)行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進(jìn)行兆瓦級(jí)的驗(yàn)證試驗(yàn)。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來可用于煤基燃料發(fā)電,質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動(dòng)車電源。燃料電池有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達(dá)100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實(shí)際效率可達(dá)58.4%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達(dá)到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)模基本無關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。

2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負(fù)荷變化的能力非常強(qiáng)，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負(fù)荷變化。

3)噪音低；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的零排放；省水。

4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。

目前燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的障礙是造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)性上要與常規(guī)發(fā)電方式競(jìng)爭(zhēng)尚需時(shí)日。燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價(jià)格等與商業(yè)化有關(guān)的項(xiàng)目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實(shí)用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細(xì)孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。

固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對(duì)構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學(xué)性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應(yīng)盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學(xué)蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。

實(shí)用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進(jìn)的已達(dá)到0.01 mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應(yīng)當(dāng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運(yùn)行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費(fèi)用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導(dǎo)電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個(gè)重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價(jià)就可以大幅度降低。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池燃料電池電池材料技術(shù)

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